尾礦庫位移監測技術探討

馬作君

（大冶有色設計研究院有限公司，湖北 黃石 435005）

0 引言

尾礦庫觀測的一部分工作內容可用肉眼進行。如觀測壩坡有無明顯變形、塌坑、沼澤化、滲水、裂縫及蟻穴鼠洞等。對于在用的重要尾礦庫，要進行更精細的觀測，則必須借助儀器設備完成。

1 尾礦庫安全監測的意義

尾礦庫是指筑壩攔截谷口或圍地構成的，用以堆存金屬或非金屬礦山進行礦石選別后排出尾礦或其他工業廢渣的場所，是金屬與非金屬礦山安全生產的重要環節，也是需要在線監測的重大危險源之一。

尾礦庫安全監測監控系統的實施，便于企業和安全監管部門快速掌握與尾礦庫安全密切相關的技術指標的最新動態，有利于及時掌握尾礦庫的運行狀況和安全現狀，可以提高尾礦庫的安全性，保障庫區下游企業正常運轉及庫區人民群眾的生命財產安全，避免因尾礦庫事故而造成的環境污染，對于加強尾礦庫的安全監管，把握尾礦庫的安全現狀，減少尾礦庫的事故發生等具有重要意義。

2 尾礦庫位移監測的內容和方法

尾礦庫壩體位移監測的技術手段有很多，就觀測目的而言主要分為平面（水平）位移監測、沉降（垂直）位移監測等。

2.1 平面（水平）位移監測

平面位移監測是指對尾礦庫壩體水平位移的監測，有以下幾種方法：視準線法、真空激光準直法、小角度法和覘標法等。

1) 一般采用視準線法：此法適用于軸線為直線的壩的觀測，是目前觀測尾礦庫位移的常用方法。

2) 在壩端兩岸山坡上設置工作點A 和B，將經緯儀安置在A（B）上，后視B（A）點構成視準線，以此作為壩體水平位移基準線。沿視準線在壩體上每隔50-100 米水平距離埋設觀測標點，測出并記錄各觀測點中心偏離基準線的距離作為初測成果。當壩體發生水平位移時，各觀測標點與視準線的相對位置發生變化。測出標點中心新的偏離距離與初測成果相比較，即可得出壩體水平位移量。

3) 觀測標點設于壩體表層，選擇時必須注意選擇有代表性的且能控制該變形情況的斷面。如最大壩高斷面、合攏段、有排水涵洞的斷面以及地基工程地質變化較大的部位布設。一般在壩頂布設一排、在下游坡面布設2-3 排，排間距為50-100 米。

4) 觀測標點由底板、立柱和標點三部分組成。工作基點應設在每排觀測標點延長線兩端的山坡上，要求安設牢固。

5) 壩體水平位移觀測每季度至少測定一次，并留有觀測記錄備查。

2.2 沉降（垂直）位移監測

沉降位移監測是指監測尾礦庫壩體的垂直位移情況，常用的方法有有精密水準法、靜力水準法和分層沉降磁環法等。其中精密水準法的操作程序如下：

1)設置水準基點：在兩岸不受影響的部位設置水準基點。

2)設置垂直位移標點：在壩體表面布設。

3)時間控制：每季度至少一次，可與水平位移觀測同步進行，測定垂直位移標點的高程變化并記錄備查。

4)當遇到下列情況時，應適當增加測次：

①地震以后或久雨、暴雨之后；

②變形量顯著增大時；

③滲水情況顯著變壞時；

④庫水位超過最高水位時；

⑤在壩體上進行大規模施工之后。

3 三維位移監測技術在尾礦庫監測中的應用

隨著測量儀器和測量技術的發展，市場上已經出現能實時連續觀測監測點水平位移和垂直位移的測量系統，由于此系統測量可直接獲取監測點的三維坐標值，故稱為“三維位移監測系統”。該系統按監測點位移數據的采集方式可分為GPS 法和自動型全站儀極坐標差分法。采集到的數據通過南方SMOS 軟件進行處理從而得到監測位移情況。

根據尾礦庫的情況的不同，采用多樣的監測技術手段，以達到最優監測效果：針對壩體規模大、通視性差、存在遮擋的尾礦壩壩體，采用GPS 法進行監測；針對壩體規模較小、通視性好的尾礦壩，采用自動測量機器人極坐標差分法來進行監測。

這兩種技術，在尾礦庫壩體位移監測中可以根據工程的具體情況，取長補短互相搭配使用，設計出最優的方案，以達到最佳的監測效果。如下圖1：

圖1

3.1 GPS 法

GPS 法是基于全球衛星定位系統來進行尾礦庫壩體的位移監測，利用GPS 接收機實時采集監測點的坐標，通過南方SMOS 軟件解算監測點的位移情況和位移速率。GPS 法定實時監測精度為：水平位移精度＜±3mm；垂直位移精度達到5mm。在10km 內的短基線上GPS 測量可以獲得毫米級的定位精度。

采用GPS 法進行尾礦庫壩體位移監測的方式為：在監測站位置安裝一臺或多臺GPS 接收機，每個監測點對應一臺GPS 接收機來獲得其位移信息，配合南方SMOS 軟件構成三維位移監測系統。

采用GPS 法進行尾礦庫壩體位移監測，其特點如下：

①可以自動獲得實時監測數據，通過SMOS 軟件生成三維坐標變化圖和三維坐標變化速率圖；

②受地形限制較小，觀測點之間無需通視，只對空開闊，達到4 顆衛星即可實現精確觀測；

③高度自動化，無人值守，全天候監測，不受天氣情況的影響；

④成本隨GPS 監測點數量的增加而增加。

3.2 自動型全站儀極坐標差分法

自動型全站儀是一種能進行自動搜索、跟蹤、辨識和精確找準目標并獲取角度、距離、三維坐標以及其他相關信息的智能型全站儀，又被稱為測量機器人。極坐標差分法通過自動型全站儀采集監測點的坐標數據，利用南方SMOS 軟件來計算監測點的位移情況。使用該方法后自動型全站儀的測量精度可以達到亞毫米級。

采用自動型全站儀極坐標差分法進行尾礦壩壩體位移的監測的方式為：一臺全自動測量全站儀與數個監測點目標（棱鏡）及SMOS 軟件構成三維位移監測系統。

采用自動型全站儀極坐標差分法來進行尾礦庫壩體位移的監測，其特點如下

①無需人工干預，全自動采集，自動獲取三維坐標信息、傳輸、與處理監測點的三維數據；

②測量精度高，經過軟件差分解算后可達到亞毫米級；

③反射棱鏡價格低廉，監測點的布設成本低，有利于增加監測點數。

通過以上比較可以得知，目前三維位移監測的方案主要有GPS法和自動型全站儀極坐標差分法，兩者采用不同的數據采集部分都可以實現監測點坐標數據的自動采集，通過SMOS 軟件來實現對尾礦庫壩體位移的監測。

4 結束語

將尾礦庫的安全管理納入現代科學的范疇之內，科學、即時、有效的監測監控，以確保人民生命財產的安全和社會的穩定，為構建和諧的生存環境，做出應有的貢獻。

［1］徐莉莉.淺談尾礦庫安全管理因素及對策[C]//第三屆尾礦庫安全運行技術高峰論壇.2010.

［2］王松.淺談尾礦庫觀測項目[C]//第三屆尾礦庫安全運行技術高峰論壇.2010.

［3］侯群.GPRS 技術在尾礦庫遠程監測系統中的應用[J].現代電子技術，2010.

［4］李青石，等.試論尾礦庫安全監測的現狀及前景[J].中國地質災害與防治學報，2011.